الفصل الأول : تاريخ الحاسب-- المبحث الثانى : أجيال الحاسب
الفصل الأول : تاريخ الحاسب
المبحث الأول : الحاسب الآلى تعريف وتاريخ
http://www.nabdh-alm3ani.net/nabdhat...0805#post30805
المبحث الثانى : أجيال الحاسب
Computer Generations
تم فى السابق تقسيم أجيال الحاسبات إلى أربعة على النحو التالى :
الجيل الأول 1945 - 1956 م
لعبت الحرب العالمية الثانية دورا كبيرا فى زيادة الإعتمادات المالية الموجهة لتطوير الحاسبات لخدمة الأهداف الإستراتيجية وتحقيق السبق وبالتالى النصر ! ففى سنة 1941 نجح المهندس الألمانى Konrad Zuse فى تطوير حاسب لتصميم الطائرات والصواريخ عرف بإسم Z3 وفى الجانب الآخر " قوات التحالف " تمكنت بريطانيا من تطوير حاسب سنة 1943 أطلق عليه Colossus وكان الغرض الرئيسى منه فك شيفرة الرسائل الألمانية , ونظرا لعامل السرية و كون كل منهما حاسب محدد الغرض ظل تأثيرهما محدودا فى مجال تطوير الحاسبات عامة الغرض لكونهما من الأسرار التى لم يكشف عنها إلا بعد عقود من الزمان ! .
من الناحية الفنية إستخدمت حاسبات هذا الجيل الصمامات المفرغة Vacuum Tubes فى هندسة بنائها ولذلك فهى كانت كبيرة الحجم وثقيلة الوزن وبطيئة حيث كانت تقاس سرعتها بجزء من الألف من الثانية Millisecond علاوة على الإستهلاك الكبير للطاقة وحاجاتها الماسة إلى أجهزة تبريد كبيرة لمعالجة إرتفاع الحرارة .
وبصفة عامة فإن أكثر حاسبات هذا الجيل إنتشارا هى :
Mark 1
1944
بدأ "الدكتورهوارد أيكين" Howard H. Aiken 1900-1973 من جامعة "هارفارد" فى الثلاثينات من القرن الماضى فى تطوير وإنتاج حاسب آلى "إلكتروميكانيكى Electro-Mechanical حديث بعد ترتيب خاص بين كل من جامعة "هارفارد" من ناحية وإحدى الشركات الكبيرة
International Business Machines Corporation والتى أصبحت فيما بعد رائدة شركات الحاسب فى العالم حيث إستعارت الحاسبات إسمها ! وهى (IBM) . وإعتمادا على نظرية "التحكم المتتالى" التى وضعها "تشارلز باباج" تم الإنتهاء من هذا الحاسب سنة 1944م وعرف بإسم " مارك-1 " The Harvard-IBM Automatic Sequence Controlled Calculator, Mark I وهو للتاريخ كان محدد الغرض و لصالح البحرية الأمريكية للمساعدة فى العمليات الحسابية والمنطقية لتطوير صواريخ البحرية وكان يستخدم الإشارات الكهروميغناطيسية
electromagnetic signals لتحريك أجزاء ميكانيكية للقيام بالعملية الحسابية مستغرقا من 3-5 ثوانى والطريف أن حجمه كان يقترب من مساحة نصف ملعب لكرة القدم وبلغ إجمالى طول الأسلاك والكابلات المستخدمة فيه حوالى 500 ميل ! .
ENIAC
1946
ويعتبر هذا أول حاسب إلكترونى عام الغرض حيث يختلف عن سابقيه محددى الغرض وتم إنتاجه عن طريق الشراكة بين جامعة بنسلفانيا و الحكومة الأمريكية وساهم فى تصميمه وبنائه العلماء جون موشلى John W. Mauchly "1907-1980" وإيكارت John Presper Eckert "1919-1995" وأطلق على الحاسب إسم Electronic Numerical Integrator And Calculator ENIAC وتم الإنتهاء منه سنة 1946م . وقد يكون من الطريف أن نستعرض معا مواصفات هذا الحاسب كانت كالتالى :
1- كان يشغل حجما من الفراغ بلغ ثلاثة آلاف قدما مكعبا .
2- وصل وزنه إلى ستين ألف رطل .
3- كان يحتوى على تسعة عشرة ألف صمام مفرغ وسبعين ألف مقاومة علاوة على عشرة آلاف مكثف .
4- بلغ إستهلاكه من الطاقة الكهربية مائة وستين ألف واط/ساعة .
وفـوق كل ذلك كان تشغيله لعدد محدود من الساعات دون أعطال يتطلب قدرا هائلا من العناية , وبالرغم من ذلك بلغت سرعه إجرائه العمليات الحسابية ألف مره أسرع مقارنة بـ Mark I .
EDVAC
1946
أسهم الدكتور "جون فون نيومان" John von Neumann 1903-1957 المجرى الأصل والمهاجر إلى الولايات المتحدة الأمريكية سنة 1946 م فى ظهور ثورة علمية فى هندسة بناء الحاسب تمثلت فى
1- وجود ذاكرة داخلية للحاسب كافية لتخزين كل من البرامج والمعلومات"stored memory" .
2- التقنية المتعلقة بإمكانية التحكم فى توقف الحاسب عند أى مرحلة ثم إسئناف العمل مرة ثانية من النقطة التى توقف عندها conditional control transfer .
3- أما العامل الرئيسى والأهم كان فى التحكم فى جميع وظائف الحاسب من خلال مصدر واحد فى وحدة المعالجة الرئيسية .
وفوق كل ذلك توصياته القيمة بإستخدام : "نظام الترقيم الثنائى" Binary Numbering System بدلا من "نظام الترقيم العشرى" Decimal Numbering System وذلك لإضافة قوة كبيرة بتكلفة قليلة إلى الحاسب. وجدير بالذكر أن الفضل فى إقتباس نظام الترقيم الثنائى يرجع فى الحقيقة إلى العبقرى الألمانى "جوتفرايد لايبنتز" Gottfried Wilhelm von Leibniz الذى ألف كتابه "فى فن الحساب" (De Arte Combinatoria) سنة 1666م وكان عمره لايتجاوز العشرين .
وبالرغم من الإنتهاء من تصميم الحاسبthe Electronic Discrete Variable Automatic Computer EDVAC سنة 1946 إلا أن إنتاج الحاسب لم يتم إلا سنة 1952م .
EDSAC
1949
وفى واقع الأمر فإن الحاسب"إدساك" EDSAC
Electronic Delay Storage Automatic Calculator هو أول حاسب يتم بناؤه تنفيذا لأفكار جون فون نيومان وذلك فى جامعة كمبردج سنة 1949م .
UNIV AC
1951
فى سنة 1951م طرحت شركة "سبرى راند" (Sperry Rand Corporation) أول حاسب يتم إنتاجه على المستوى التجارى وأطلق عليه UNIV AC Universal Automatic Computer.
وكان أول نجاح مبهر لهذا الحاسب توقعه للفائز فى إنتخابات الرياسة الأمريكية سنه 1952 و هو الرئيس إيزنهاور Dwight D. Eisenhower .
IBM 701
1953
وكان رد شركة IBM سريعا وحاسما حيث طرحت الجهاز (IBM 701) فى الأسواق سنة 1953م الذى تميز بسرعة كبيرة مقارنة بجهاز (UNIV AC) .
ومن السمات الأساسية لحاسبات هذا الجيل وجود نظام تكويد ثنائى مختلف للتعامل مع كل نوع من أنواع الحاسبات أطلق عليه لغة الآلة
machine language
مما أدى إلى صعوبة البرمجة ومحدودية الإنتشار والسمة الأساسية الأخرى هى إستخدام الصمامات المفرغة
vacuum tubes
التى لعبت دورا كبيرا فى حجم الحاسب وأخيرا إستخدام الإسطوانات الممغنطة
magnetic drums
فى تخزين المعلومات
الجيل الثانى 1956 - 1963م
كان توظيف "أشباه الموصلات الدقيقة" (Semiconductor Transistors) فى تصنيع الدوائر الكهربائية من أهم ما تميزت به حاسبات هذا الجيل مما كان له أكبر الأثر فى تقليل حجم الحاسب وزيادة سرعته نتيجة لإحلال الصمامات المفرغة بالترانزستورات الدقيقة حيث أصبحت سرعته تقاس بجزء من المليون من الثانية "Microsecond" علاوة على سعته التخزينية الهائلة الناجمة عن الإستخدام الواسع للشرائط الممغنطة والإسطوانات فى أجهزة التخزين المساعدة والتى كانت بمثابة ثورة تقنية أخرى وفرت الدخول مباشرة Direct Access إلى جزء محدد من البيانات المخزنة على الشريط دون الحاجة إلى قراءة الشريط من أوله (الدخول المتتالى Sequential Access ) ، وفى بداية الأمر كانت معامل أبحاث الطاقة النووية هى المستفيد الأول من حاسبات هذا الجيل وذلك لقدرتها على التعامل مع قدر هائل من المعلومات التى يحتاجها العلماء فى هذا المجال حيث أنتجت شركة Sperry-Rand حاسبين عملاقين أحدهما لحساب معمل إشعاع ليفرمور بولاية كاليفورنيا لدرجة أن إسم الحاسب كان LARC وهو مشتق من المكان
Livermore Atomic Research Computer أما الحاسب الثانى كان لحساب مركز الأبحاث والتطوير الخاص بالبحرية الأمريكية :
the U.S. Navy Research and Development Center in Washington, D.C .
ومن السمات الأساسية لحاسبات هذا الجيل هى إستخدام لغة التجميع
assembly language
بدلا من لغة الآلة
machine language
وأمكن بذلك إستعمال أكواد برمجة مختصرة بدلا من تلك الأكواد الخاضعة لنظام الترقيم الثنائى الطويلة والمعقدة , وفى الستينات من القرن الماضى إنتشرت حاسبات هذا الجيل فى المجالات التجارية والعلمية بشكل كبير ولعب كل من البرنامج المخزن فى الذاكرة
The stored program concept
ولغة البرمجة
programming language
دورا كبيرا فى تحقيق مرونة أكبر علاوة على الجدوى الإقتصادية لإستخدام هذه الحاسبات , و ظهرت بعض لغات البرمجة مثل كوبول
COBOL Common Business-Oriented Language
و فورتران
FORTRAN Formula Translator
و للإنصاف فإن العديد من المسميات الوظيفية الجديدة مثل مبرمج
programmer
و محلل نظم
analyst
و خبير أنظمة تشغيل
computer systems expert
بل صناعة البرمجة نفسها كل ذلك كان ظهوره مواكبا لحاسبات هذا الجيل
ومن أكثر أنواع هذا الجيل إنتشارا على المستوى التجارى : NCR 304, IBM 1401 and IBM 7090 .
الجيل الثالث 1964 - 1971م
كانت أجهزة هذا الجيل هى الأكثر حظا من ناحية إستفادتها من الطفرة التقنية التى أدت إلى ظهور "الدوائر المتكاملة" Integrated Circuits المتناهية الصغر سنة 1959م وذلك بواسطة شركة "فايرشيلد" (Fairchild Semiconductor) بعد أن تمكن جاك كلبى Jack Kilby أحد مهندسى شركة تكساس إنسترومنتس Texas Instruments من تطوير الدائرة المتكاملة integrated circuit IC سنة 1958 وإزدهرت بذلك صناعة الإلكترونيات بصورة مذهلة أثمرت عن التوصل إلى "الدوائر المتكاملة ذات القدرة العالية" Large-Scale Integrated Circuits LSI وبذلك أصبح ممكنا طباعة جميع المكونات اللازمة لبناء منطق الحاسب على رقاقة (Chip) واحدة . وكانت هذه ولادة "المعالجات الصغيرة" (Microprocessors) التى تقاس سرعتها بجزء من الألف مليون من الثانية الواحدة "Nanosecond" .
الجيل الرابع 1971 م وما بعد
مع بداية الثمانينات من القرن الماضى ظهرت الدوائر المتكاملة ذات القدرة العالية جدا
very large scale integration VLSI حيث أدى ذلك إلى وضع مئات الألوف من المكونات على شريحة واحدة ثم ظهرت الدوائر المتكاملة فائقة القدرة Ultra-large scale integration ULSI وزاد الرقم إلى عدة ملايين من المكونات على شريحة واحدة بحجم قطعة النقود المعدنية ! .
وفى سنة 1971 طورت شركة IBM الشريحة Intel 4004 Chip محققة بذلك خطوة للأمام فى تقنية الدوائر المتكاملة حيث تم وضع جميع مكونات الحاسب " وحدة معالجة مركزية و ذاكرة بالإضافة إلى وحدة تحكم فى الإدخال والإخراج " على شريحة واحدة محققة بذلك طفرة نوعية فى هذا المجال حيث كان يتم فى السابق تصنيع الدوائر المتكاملة لملاءمة غرض محدد مسبقا أما الآن يتم تصنيع المعالج الصغير وتكون برمجته بعد ذلك طبقا للغرض و مثال بسيط للتدليل على ذلك وجود معالجات فى كثير من الأجهزة المنزلية كالغسالة وفرن الميكروويف .
وفى منتصف السبعينات فكرت الشركات الصانعة للحاسبات فى إنتاج حاسبات للقاعدة العريضة من عموم المستهلكين وبدأت الحاسبات الصغيرة مع مجموعات كاملة من البرامج البسيطة " معالج كلمات و جداول إلكترونية " فى الظهور فى الأسواق ومن الشركات الرائدة فى هذا المجال كومودور و راديو شاك و سنكلير و آبل .
وكان ظهور أول حاسب شخصى personal computer PC للإستخدام المنزلى سنة 1981 إنتاج شركة IBM وبلغت أرقام مبيعات هذا الحاسب 2 مليون جهاز حتى سنة 1981 و 5.5 مليون جهاز حتى سنة 1982 وبعد عشرة سنوات وصل هذا الرقم إلى 65 مليون جهاز .
كان للتقدم المذهل فى صناعة الإلكترونيات والذى تمثل فى ظهور المعالجات الصغيرة Microprocessors أثرا كبيرا فى ظهور أجهزة الحاسب الصغيرة Microcomputers التى تتفوق من الناحية الوظيفية وينخفض سعرها كثيرا فى نفس الوقت عن الحاسبات الكبيرة للجيل السابق .. أدى ذلك إلى الإنتشار الكبير لأجهزة الحاسب والتطور الهائل فى وسائل إتصال الحاسبات وظهرت شبكات الحاسبات Computer Networks بواسطتها يتم تداول البيانات ونقل المعلومات عن طريق خطوط التليفون أو الأقمار الصناعية، كما ظهرت أيضا الشبكات المحلية (LAN) (Local Area Networks) عن طريق توصيل عدة حاسبات (صغيرة أو شخصية) معا فى شبكة واحدة محلية حيث يتم تبادل المعلومات والبيانات والمشاركة فى الوقت بين كل من هذه الحاسبات الداخلة فى بناء الشبكة .
و ظهرت بنوك المعلومات (Information Banks) التى قامت بتخزين المعلومات المتعلقة بفرع معين من فروع العلم والمعرفة على ذاكرة حاسب مركزى كبير ويمكن للمشتركين فى البنك الحصول على هذه المعلومات مقابل إشتراك محدد .
ويمكن تلخيص السمات الرئيسية للأجيال الأربعة على النحو التالى :
1- الجيل
2- الفـتـــــرة
3- الأجـزاء الإلكترونيـة الرئيسـية
4- وحـدة قيـاس سـرعة التشـغيل
الأول
1945-1956
صمامات مفرغة Vacuum Tubes
واحد على الألف من الثانية Milliseconds
الثانى
1956-1963
الترانزستورات Transistors
واحد على المليون من الثانية Microseconds
الثالث
1964-1971
الدوائر المتكاملة Integrated circuits IC'S
واحد على الألف مليون من الثانية Nanoseconds
الرابع
1971 وما بعد
الشرائح الرقيقة Chips
واحد على المليون مليون من الثانية Picoseconds
الجيل الخامس : الحاضر والمستقبل
وهو الحاضر الذى نعيشه الآن والمستقبل الآتى والذى سوف يشهد من وجهة نظرنا تطورا كبيرا فى النواحى الآتية :-
· سـوف تظهـر أجهزة حاسب صغيرة جدا فى الحجم وتتمتع فى نفس الوقت بسرعة تنفيذ عاليــة .
· أن التطور المذهل فى صناعة الأجهزة التى تلحق بالحاسب سوف يؤدى إلى شيوع إستخدام كل من الأجهزة السمعية والأجهزة البصرية وأقراص التخزين التى تعمـل بأشعة الليزر والعديد من الملحقات الأخرى . وبذلـك سـوف يصبح الحاسب جهـاز العائلة الذى لايمكن الإستغناء عنــه .
· إن التطور المذهل فى تقنية تخزين المعلومات بأشعة الليزر سوف يؤدى إلى ثورة فى عالم المعلومـات .
· سوف يتم تجهيز الحاسب داخليا لإضافة إمكانية الإتصال مع حاسبات أخرى دون الحاجة إلى الإستعانة بوحدات خارجية يتم ربطها بالحاسب كما هو سارى حاليا .
· إن المحاولات والدراسات القائمة الآن بهدف التوصل إلى نظام تشغيل موحد وكذلك لغة برمجة أو لغات برمجة معيارية سوف تؤتى ثمارها فى النهاية .
· المساحة المشتركة بين الإنسان والحاسب "نقاط الالتقاء" سوف تزداد إتساعا وذلك بفضل الإهتمام بما يطلق عليه "البينيات الآلية الإنسانية" (Man - Machine Interfaces) وهذه البينيات تعنى جميع الوسائل المادية والنظامية التى تشكل المنطقة العازلة بين الإنسان والآلة عمومـا . أى أن المستقبل سوف يتيح للإنسان أن يتصرف بصورة طبيعية "على راحته تماما" مع الحاسب.
أنواع الحاسب
تنقسم الحاسبات من حيث النوع Type إلى :-
(1) حاسبات رقمية Digital Computers :
وتعتمد هذه الحاسبات فى كل من هندسة بنائها وتشغيلها على الأرقام فكل مايتم إدخاله عن طريق وحدات الإدخال يتم فى النهاية تحويله إلى أرقام يتعامل بها الحاسب فى لغته الداخلية ويتميز هذا النوع من الحاسبات بكل من السرعة والدقة .
(2) حاسبات قياسية Analog Computers :
ويعتمد هذا النوع من الحاسبات على طرق القياس المختلفة سواء للخواص الفيزيائية للظواهر الطبيعية مثل درجة الحرارة ودرجة الضغط .. وخلافه أو الخواص الكيميائية للمواد ويعتبر هذا النوع من الحاسبات جهاز قياس . ويستخدم فى الدراسات العلمية والمعملية .
(3) حاسبات مختلطة Hybrid Computers :
وفى هذا النوع يتم الجمع بين خصائص كل من الحاسبات الرقمية والحاسبات القياسية ويقتصر إستخدام هذا النوع فى محطات الأرصاد وإستكشاف الفضاء .
كما يمكن تقسيم الحاسبات من حيث الغرض من الإستخدامPurpose إلى :
(1) حاسبات محددة الغرض Special Purpose Computers :
ويتم تصميم وبناء هذا النوع لخدمة غرض محدد مثل توجيه الصواريخ والمدفعية المضادة للطائرات ، إدارة شـبكات الرادار ، التحكم فى السنترالات ، إدارة الإنتاج ومراقبة توجيه الآلات فى المصـانـع .
(2) حاسبات عامة الأغراض General Purpose Computers :
ويستطيع هذا النوع أداء مجموعة من العمليات المنطقية والحسابية والتعامل مع البيانات المتعلقة بمجالات مختلفة مثل الهندسية ، الإقتصادية ، الإحصائية وخلافه . ومعظم الحاسبات الرقمية تندرج تحت هذا النوع الذى يتعامل مع برامج مختلفة ومتنوعة .
ونود التنويه بأن موضوع هذه المذكرات خاص بالحاسبات الرقمية عامة الأغراض والتى تم تقسيمها فى الماضى إلى مايلى :-
(1) الكـمـبـيـوتـر الشـخـصـي (Microcomputers) أو الاسـم الشــائـع (Personal Computers) :
وهى صغيرة من حيث الحجم وسعة التخزين وأشهر لغات البرمجة الخاصة بها هى لغة "البيسك" ويتميز هذا النوع برخص ثمنه مقارنة ببقية الأنواع . وينقسم الى نوعين :
أ - الحاسب المكتبى Desk Top Computer
ب - الحاسب المحمول "النقال" Lap Top Computer
(2) الحاسب الصغير (Minicomputer)
يتميز هذا النوع بسعة تخزين أكبر من نظيرتها فى النوع السابق كذلك سرعة التنفيذ أعلى ونظام التشغيل لهذا النوع أكثر مرونة ويسمح الجهاز لأكثر من مستخدم للتعامل معه فى نفس الوقت .
(3) الحاسب المركزى (Mainframe Computer)
وهو أكبر حجما ويتمتع بسعة تخزين ضخمة كما أن سرعته فى التنفيذ عالية جدا ويستطيع عدد ضخم من المستخدمين التعامل معه فى وقت واحد ، كما يمكن زيادة قدرته الوظيفية بسهولة عن طريق إضافة بعض الأجهزة والملحقات اليه .
أما الآن وفى ظل المنافسة الضارية بين الشركات الصانعة للحاسب وملحقاته أصبحت الفروقات بين الأنواع السالف ذكرها واهية ، والحديث عن كونها أنواع يشبه تماما القراءة فى أحد كتب التاريخ . حيث تمتلىء الأسواق الآن بحاسبات شخصية ذات معالجات فائقة السرعة وأقراص صلبة بسعات تخزينية كبيرة جدا
كما يمكن فى نفس الوقت ربط أكثر من حاسب من هذه الحاسبات معا أو بشاشات عرض إضافية وذلك لعمل "الشبكات المحلية" للمعلومات والتى تعرف بـ (LAN) وهى إختصار (Local Area Network) التى تسمح لعدد كبير من المستخدمين بإستعمال ملفات مركزية بصورة جماعية والإتصال المتبادل فيما بينهما وتلك السمة كانت خاصة فقط بكل من الحاسبات الصغيرة والحاسبات المركزية فى السابق .
علاوة على إمكانية ربط هذه الحاسبات الشخصية بطابعات تعمل بنظام أشعة الليزر التى تبلغ سرعتها فى الطباعة أكثر من ثمانية عشرة ورقة فى الدقيقة الواحدة إضافة إلى العديد من الأجهزة والملحقات التى تجعل وظائف الحاسب الشخصى فوق الحصر( وللحديث بقية ).
